Ученые из Германии продемонстрировали, что универсальное свойство хищения не является исключительным для термодинамического предела, а скорее уже возникает в больших, но конечных фермионных системах.
Концептуальное изображение переноса запутанности между различными системами.
гремлин/iStock
В квантовой физике запутанность связывает частицы в пространстве способами, которые бросают вызов логике. Однако есть менее известное явление, которое еще более интригует, чем запутанность, и оно называется квантовым хищением.
Это происходит, когда одна система тихо поставляет запутанность другой системе, помогая последней изменить свое состояние, не будучи затронутой сама. Это немного похоже на тихое заимствование нескольких песчинок с огромного пляжа, чтобы построить крошечный песчаный замок. Пляж выглядит нетронутым, но песок используется.
В течение многих лет ученые считали, что такие идеально запутанные системы существуют только в теории. Однако новое исследование ученых из Ганноверского университета имени Лейбница в Германии показывает, что хищение может происходить естественным образом в классе квантовых материалов, называемых критическими фермионными цепями.
Критические фермионные цепи — это одномерные системы, состоящие из фермионов (тип субатомных частиц), которые находятся в точке перехода между двумя фазами. В этой точке они становятся очень чувствительными и демонстрируют дальнодействующую квантовую запутанность.
Обнаружение хищения в реальной физической системе, такой как критические фермионные цепи, имеет большое значение, поскольку может способствовать разработке надежных технологий, основанных на запутанности и предполагающих крупномасштабную квантовую передачу информации.
Обнаружение хищений в фермионах
Так что же делает квантовое хищение таким странным? Ну, обычно, когда вы используете ресурс в квантовой физике, например, высокозапутанную систему, вы ожидаете, что его состояние изменится. Однако с хищением это похоже на использование волшебной батарейки, которая питает процесс, не разряжаясь.
Чтобы это работало, ресурс должен быть очень запутанным, настолько, что многие ученые сомневались в том, что такая система может физически существовать. Это казалось слишком идеальным, чтобы быть реальным.
Более того, хищение здесь универсально, то есть система ресурсов может помочь создать любое запутанное состояние, а не только определенные. Это работает во многих различных ситуациях, а не только для одного особого случая.
Авторы исследования решили выяснить, может ли это универсальное хищение происходить в реальных физических системах. Они начали с того, что сосредоточились на критических фермионных цепях, и вместо работы с небольшими управляемыми системами исследователи напрямую рассмотрели бесконечные системы, используя то, что физики называют термодинамическим пределом.
Не просто свойство бесконечных систем
В этой установке они разделили систему на левую и правую половины и изучили запутанность между ними. Удивительно, но они обнаружили, что эти полуцепи удовлетворяют строгим критериям универсального хищения, которые команда определила в более ранней работе. Проще говоря, левая и правая стороны были достаточно запутаны, чтобы действовать как идеальные растратчики.
Исследователи смогли помочь в запутывании других систем. Еще более впечатляюще то, что команда показала, что этот эффект не был просто необычным свойством бесконечных систем.
Когда они рассматривали большие, но конечные фермионные цепи, системы, которые потенциально могли быть построены в лаборатории, ученые все равно нашли веские доказательства приблизительного хищения. Это означает, что это не просто теоретическое явление. Реальные материалы, возможно, уже делают это при правильных условиях.
«Наконец, мы демонстрируем, что универсальное свойство хищения не является исключительным для термодинамического предела, но что оно уже возникает в больших, но конечных фермионных системах», — сказал Лауриц ван Луйк, первый автор исследования и физик из Ганноверского университета имени Лейбница.
Надежные выводы, но все еще теория
Это открытие переписывает правила о том, как запутанность может вести себя в физических системах. Оно показывает, что квантовое хищение — это не хрупкое или экзотическое явление, а надежное свойство, встречающееся в реальных системах.
В будущем это может помочь ученым открыть новые способы передачи запутанности в квантовых компьютерах, усовершенствовать методы моделирования квантовых материалов или даже новых состояний материи.
Однако работа пока носит чисто теоретический характер. «Хотя наша работа показывает, что критические спиновые цепи могут присваивать запутанность, она не дает рецепта, как это сделать», — сказал Луйк. Исследование не предлагает способа фактически осуществить присвоение на практике.
Авторы исследования сейчас работают над протоколами, использующими гауссовские операции, тип квантовой операции, который проще реализовать с помощью современных технологий. Они надеются, что эти протоколы помогут им превратить хищение из теории в нечто экспериментально достижимое.
Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.
Sourse: interestingengineering.com
